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1、第三章颗粒污染物控制基础,颗粒的粒径粒径分布粉尘的物理性质净化装置的性能,1.1颗粒的粒径及粒径分布,单一粒径的定义投影径定向直径： dF （Feret）（与颗粒投影外形相切的一对平行线之间的距离）定向面积等分径： dM （Martin）（将颗粒的投影面积二等分的直线长度）长径：不考虑方向的最长粒径短径：不考虑方向的最短粒径,1.1颗粒的粒径及粒径分布,用显微镜法观测颗粒直径的三种方法,dF,dM,dH,A1,A2,A1 = A2,1.1颗粒的粒径及粒径分布,单一粒径的定义几何当量径投影圆直径： dH （Heywood）（与颗粒投影面积相等的圆的直径）等体积直径：dV （与颗粒具有相同体积的圆
2、球体直径）等表面积直径（与颗粒具有相同表面积的圆球体直径）等面积体积直径（与颗粒具有相同外表面积与体积的圆球体直径）等周长径（与颗粒的投影外形有相等周长的当量圆的直径）,1.1颗粒的粒径及粒径分布,单一粒径的定义物理当量径自由沉降直径：（在某介质中，与颗粒有相同的密度和沉降速度的圆球体直径）空气动力学当量直径：（在空气中，与颗粒有相同沉降速度，且密度为103kg/m3的圆球体直径）斯托克斯直径（在层流区时（Rep1）的自由沉降直径）分割直径（某除尘器分级效率为50%的颗粒的直径）,圆球度与颗粒体积相等的圆球的表面积和颗粒表面积之比。用s表示；s总是小于1。,某些颗粒的圆球度,1.1颗粒的粒径及
3、粒径分布,粒径分布指不同粒径范围内的颗粒个数（或质量或表面积）所占的比例。个数分布1、个数频率2、个数筛下累积频率3、个数频率密度,颗粒个数分布直方图,颗粒个数累积频率分布曲线,个数累积密度分布曲线,粒径分布质量分布1、质量频率2、质量筛下累积频率3、质量频率密度,1.1颗粒的粒径及粒径分布,平均粒径的定义算术平均径（粒子群中颗粒直径的总和除以粒子群数）中位径（粒子群中把颗粒质量平分一半的颗粒直径）几何平均径（粒子群中n个颗粒粒径的乖积开n次方根）加权平均径（粒子群中各颗粒的直径乖以相应的质量分数加和而成的平均粒径）众径（粒子群中数量最多的粒子的直径）,1.1颗粒的粒径及粒径分布,平均粒径算术
4、平均粒径几何平均径加权平均径,平均粒径中需重点掌握的两种粒径众径（dd）颗粒数目最多的粒子的直径。中位径（ d50 ）把颗粒数目（质量或表面积）平分一半的粒子的直径。 对于频率密度分布曲线是对称性的分布：dd d50 dL对于频率密度分布曲线非对称性的分布：ddd50 dL,粒径分布函数正态分布,平均粒径,标准差,粒径分布函数正态分布,粒径分布函数对数正态分布,粒径分布函数对数正态分布,对数正态分布的频率密度分布曲线,对数正态分布的累积频率分布曲线,玻璃样品的对数正态分布分布曲线,粒径分布函数罗辛拉姆勒分布,分布指数,分布系数,质量筛下累积分布频率：,质量筛上累积分布频率：,常用的RR分布函数
5、表达式：,粒径分布函数罗辛拉姆勒分布,各种工业粉尘的RR图,1.2粉尘的物理性质,密度（kg/m3或g/cm3）真密度堆积密度,空隙率,1.2粉尘的物理性质,比表面积单位体积表示单位质量表示堆积密度表示,1.2粉尘的物理性质,含水率（W）自由水分结合水分润湿性润湿性粉尘非润湿性粉尘影响粉尘润湿性的因素粉尘的种类、粒径、形状、生成条件、组分、温度、含水率、表面粗糙度、荷电性等。,1.2粉尘的物理性质,荷电性和导电性荷电性粉尘的荷电量随温度增高、表面积增大及含水率的减小而增加。导电性,比电阻；,通过粉尘层的电压，V；,通过粉尘层的电流密度，A/cm2；,粉尘层的厚度，cm。,典型的温度比电阻曲线,
6、锅炉飞灰比电阻关系曲线,1.2粉尘的物理性质,安息角与滑动角（）安息角粉尘从漏斗连续落到水平面上，自然堆积成一个圆锥体，圆锥体母线与水平面的夹角。滑动角指自然堆放在光滑平板上的粉尘，随平板做倾斜运动时，粉尘开始发生滑动时的平板倾斜角。 影响粉尘安息角和滑动角的主要因素：粉尘粒径、含水率、颗粒形状、颗粒表面光滑程度、粉尘的粘附性。,1.2粉尘的物理性质,粘附性粉尘的粘附现象粘附力分子力（范德华力）毛细力静电力（库仑力）粉尘层的断裂强度：表征粉尘粘性的基本指标。不粘性微粘性中等粘性强粘性,1.2粉尘的物理性质,爆炸性化学爆炸爆炸极限（上限、下限）根据粉尘的爆炸性分类：第一类：含灰分少，堆积时不易燃
7、烧，但其悬浮物易爆炸。第二类：含灰分多，堆积时不可能燃烧，其悬浮物只有在高温长期作用下才会燃烧，但不会爆炸。,1.3气体中的颗粒动力学,球形颗粒的阻力流体阻力流产生的成因形状阻力磨擦阻力流体阻力的方向总是与运动方向相反影响流体阻力大小的因素颗粒的形状、粒径、表面特性、运动速度、流体的种类、性质。,1.3气体中的颗粒动力学,流体阻力大小的计算,由实验确定的流体阻力系数（无因次）；,颗粒在运动方向上的投影面积，m2；,流体的密度，kg/m3；,颗粒与流体之间的相对运动速度，m/s。,式中：,球形颗粒的液体阻力与颗粒雷诺数的关系, 时，颗粒运动处于层流状态；CD与Rep近似呈直线关系：对于球形颗粒：
8、 时，颗粒运动处于湍流过渡区；CD与Rep呈曲线关系：, 时，颗粒运动处于湍流状态；CD几乎不随Rep变化：对于球形颗粒：,坎宁汉修正因子当颗粒尺寸小到与气体分子平均自由和大小差不多时，颗粒开始脱离与气体分子接触，颗粒运动发生所谓的“滑动现象”。 对于“滑动现象”的修正：引入坎宁汉修正系数C：,平均分子自由程的计算：气体分子算术平均速度的计算：,R通用气体常数, R=8.314Jmol-1K-I ；,T气体温度，K；,M气体摩尔质量，kg/mol；,努森数的计算：对于常压空气，卡尔弗特（Calvret）方程：,受外力作用的球形颗粒在流体中的运动,F颗粒所受的外力,FD颗粒所受的外力,1.3气体
9、中的颗粒动力学,当颗粒的运动方向与外力方向一致时，求解得：,t时间内颗粒通过的距离：颗粒运动达到平衡时终速度：,颗粒终端速度的简便算法引入K（无因次系数）作为判定颗粒流动区域的因子。斯托克斯区：过渡区：牛顿区（湍流区）：,由于K不是vt的函数，可直接根据K来判定颗粒的运动区域对于斯托克斯区：对于过渡区：对于牛顿区（湍流区）：,1.4净化装置的性能,净化装置技术性能的表示方法处理气体流量净化装置的漏风率：,进口气体流量,出口气体流量,1.4净化装置的性能,净化效率,1.4净化装置的性能,净化效率1、总效率,Q1N 、S1 、 1N进口气体流量、污染物的流量、污染物的浓度。,Q2N 、S2 、 2
10、N出口气体流量、污染物的流量、污染物的浓度。,S3 装置捕食集的污染物流量，g/s。,1.4净化装置的性能,净化效率2、通过率 3、分级效率,当50%时，与之相对应的粒径称为除尘装置的分割粒径，用dc表示。,净化效率4、分级效率与总除尘效率之间的关系由总效率求分级效率：由分级效率求总效率：,1.4净化装置的性能,净化效率5、多级串联运行时势总净化效率多级除尘装置的总分级通过率：多级除尘装置的总分级效率：多级除尘装置的总除尘效率：,1.4净化装置的性能,净化装置技术性能的表示方法压力损失,净化装置的压力损失系数；,装置进口气流速；,气体的密度。,第四章机械式除尘器,重力沉降室惯性除尘器旋风除尘器
11、,机械式除尘器,重力沉降室通过重力作用使尘粒从气流中分离的一种除尘装置。含尘气流进入重力沉降室后，由于扩大了流动截面积而使气流流速大大降低，使较重的颗粒在重力作用下缓慢向灰斗沉降。 惯性除尘器使含尘气流与挡板相撞，或使气流急剧地改变方向，借助其中粉尘粒子的惯性力使粒子分离并捕集的一种装置。旋风除尘器离心力除尘器是利用离心力从含尘气体中将尘粒分离的设备。,简单的重力沉降室,重力沉降室主要优点是结构简单、造价低廉、耗能小，适用于净化密度大、粒径粗的粉尘，去除30一50um的粉尘，效率达60一80，但对小于5um的粉尘净化效率几乎等于0。,冲击式惯性除尘装置a单级型b多级型,反转式惯性除尘装置a弯管
12、型b百叶窗型 c多层隔板型,惯性力除尘器一般多作为高效除尘器的前级除尘用它先除去较粗的尘粒或炽热状态的粒子。这类除尘装置通常可除去粒径20-30um的尘粒。,普通旋风除尘器的结构及内部气流,旋风除尘器对小直径、高阻力的旋风除尘器离心力比重力大2500倍。对大直径、低阻力旋风除尘器离心力比重力大5倍。这类除尘器不能捕集小于5um的粉尘粒子，主要有离心式旋风除风器、离心式旋流除尘器和离心式动力除尘器。,重力沉降室,简单的重力沉降室,重力沉降室,重力沉降室通过重力作用使尘粒从气流中分离的一种除尘装置。含尘气流进入重力沉降室后，由于扩大了流动截面积而使气流流速大大降低，使较重的颗粒在重力作用下缓慢向灰
13、斗沉降。 分类层流式重力沉降室湍流式重力沉降室,重力沉降室,层流式重力沉降室,层流式重力沉降室纵断面图,重力沉降室,层流式重力沉降室模式假定沉降室内的气流为柱塞流，流速为v（m/s）；流动状态保持在层流范围内；颗粒均匀的分布在烟气中；忽略气体的浮力，颗粒仅受重力和气体阻力的作用；颗粒和气体具有相同的速度。,重力沉降室,层流式重力沉降室设沉降室的长、宽、高分别是L、B和H，处理烟气量为Q（m3/s）。气流在沉降室内的停留时间：在t时间内，粒径为dp的粒子的沉降距离：,重力沉降室,层流式重力沉降室当时，粒子的分级除尘效率：总除尘效率：,重力沉降室,层流式重力沉降室假定粒子处于斯托克斯区，则重力沉降室能100%捕集的最小粒子的直径为：,重力沉降室,层流式重力沉降室考虑到沉降室内的扰动会引起粒子运动速度和方向发生偏差及返混现象，工程上对上述公式进行修正：,重力沉降室,层流式重力沉降室提高沉降室除尘效率的主要途径：降低沉降室内的气流速度增加沉降室长度降低沉降室高度多层沉降室,n隔板层数。,重力沉降室,湍流式重力沉降室,湍流式重力沉降室粒子分离示意图,
